电热锅炉供热系统的PLC控制程序设计

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1、xxxxxxx机电工程系毕业设计论文电热锅炉供热系统的PLC控制程序设计题目专业名称学生姓名指导教师毕业时间绪论现在生产线控制的主流品种是以继电器、接触器为主的控制装置。继电器、接触器 是一些电磁开关。由励磁线圈、铁心磁路、触点等部件组成。通过继电器接触器等其它 控制元件的线路连接，可以实现一定的控制逻辑，从而实现设备的各种操作控制。人们 将由导线连接决定器件间的逻辑关系的控制方式称为接线逻辑。随着工业自动化的程度 的不断提高，使用继电器电路构成工业控制系统的缺陷不断暴露出来。首先是复杂的系 统使用成百上千个各种各样的继电器，成千上万根导线连接的密如蛛网。只要有一个电 器，一根导线出现故障，系

2、统就不能工作，这就大大降低了这种接线逻辑的可靠性。其 次是这样的系统维修机改造很不容易，特别是技术改造，当试图改造工作设备的工作过 程以改善设备各功能时，人们宁愿重新生产一套控制设备都不愿将继电器控制柜中的线 路重接。而 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采用 了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。同时 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大 减小了控制设备的外部接线，是控制系统设计及建造的周期大大缩短了。同时维护也变 得容易起来。更重要的是同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。本文以 PLC 技术在锅炉多功能供热系统为例，来阐明 PLC 在工业控制中发

3、挥的巨大作 用关键词：锅炉多功能供热；PLC；目 录1 绪论 21.1 PLC 的基本概念51.2 PLC 的诞生51.3 PLC 的特点62 PLC 的介绍72.1 PLC 的流派72.2 PLC的结构和工作原理83 PLC 的应用领域113.1开关量的逻辑控制 113.2模拟量控制 11.3.3 运动控制 123.4过程控制 123.5数据控制 124 PLC 的基本结构 124.1中央处理单元 134.2 存储器 134.31/0 模块144.4 电源 154.5 底板或机架 164.6 PLC系统的基本设备165 PLC 的基本工作原理165.1 扫描技术 165.2 PLC与继电器控

4、制与系统微机区别185.3 基本指令系统特点 185.4编程语言的形式 195.5 PLC控制系统的设计基本原则205.6 PLC 程序的内容和质量评价指标.215.7 PLC程序的调试方法及步骤225.8 PLC的造型方法235.9经济性考虑276 基于 PLC 的电热锅炉供热控制系统设计286.1电热锅炉供热控制系统设计要求296.2电热锅炉供热控制系统设计方案306.3电热锅炉供热控制系统设计的程序部分的介绍34致 谢 37参 考 文 献 381.1 PLC 的基本概念PLC 即可编程控制器( Programmable logic Controller )，是指以计算机技术为 基础的新型

5、工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会( International Electrical Committee )颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它 采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、 计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系 统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”可编程控制器作为一种数字运算操作的电子系统，它专为工业控制应用而设 计制造。早期的可

6、 编程控制器称作可 编程逻辑控制器( Programmable Logic Controller )，简称 PLC 。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控 制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机 (Personal Computer) 的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。1.2 PLC 的诞生1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1.2.1PLC 的发展第一代：从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特点是：CPU由中小规模 集成电路组成，

7、存储器为磁芯存储器；第二代： 70 年代初期到 70 年代末期。其特点是： CPU 采用微处理器，存储器采用EPROM ；第三代： 70 年代末期到 80 年代中期。其特点是： CPU 采用 8位和16 位微处理器， 有些还采用多微处理器结构，存储器采用 EPROM、EAROM、CMOSRAM 等 ；第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片 式芯片，处理速度也达到1us/步；第五代:90年代中期至今。PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC 芯片。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最 初是在引进设备中大量使用了可

8、编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产 品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。 上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、 大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品 已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡 岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国 现代化进程的深入， PLC 在我国将有更广阔的应用天地。1.3 PLC 的特点1.3.1 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于

9、采用现代大规模集成电路技 术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的 可靠性。1.3.2 配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于 各种规模的工业控制场合。1.3.3 使用方便具体地讲， PLC 有五个方面的方便：1、配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的 PLC，那种类型的，用 什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。2、安装方便： PLC 硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单， 而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。3、编程方便：PLC内部虽

10、然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器,但它通过程序（软件）与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。4、维修方便：这是因为：1）PLC 工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。5、改用方便： PLC 用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的 PLC 还可 给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。1.3.4 工作可靠（1） 在硬件方面： PLC 的输入输出电路与内部 CPU 是电隔离。其信息靠光耦 器件或电磁器件传递。而且， CPU 板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保 PLC 程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。2、软件方面： PLC 的工作方式为扫描加中断

11、，这既可保证它能有序地工作， 避免继电控制系统常出现的 冒险竞争 ，其控制结果总是确定的； 而且又能应急处 理急于处理的控制，保证了 PLC 对应急情况的及时响应，使 PLC 能可靠地工作。 2 PLC 介绍2.1PLC 的流派2.1.1美国流派据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有200多家，生产大约有400 多个品种的 PLC 产品。其中美国是 PLC 生产大国，有 100 多家 PLC 厂商，著名的有 A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、 西屋公司等。2.1.2日本流派日本有6070家PLC厂商，也生产200多个品种的PLC产

12、品；日本的小型PLC最 具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日 本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格 外受用户欢迎。日本有许多 PLC 制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝 等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70%的份额。2.1.3.欧洲流派德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造 商。德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。在中、大型PLC产品领域与美 国的A-B公司齐名。西门子PLC主要产品是S5、S7系列。S7系列是在S5系列PLC 基础上近年推

13、出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300 系列属于于中小型PLC、S7-400系列属于于中高性能的大型PLC。2.2 PLC的结构和工作原理2.2.1 PLC的基本结构PLC实际上是一种工业控制计算机。它的硬件结构与一般微机相似，主要由主机、 I/O扩展机、外围设备三部分组成，如图2-3所示。电揮KAM （用户程序）t系壮輕序锻灶理樹CPU）抨制廖用户输岀设备 Hi!. ftEw-晞無式磁帯机HXUMAtt 團脛监栓系蜒一 PIjT喊L：忖讣算机一-I170I扩握机图2-3 PLC结构示意图1主机主机由CPU （微处理器）、存储器、输入/输出单元、电源等部分

14、组成。CPU是PLC的核心，其作用类似于人的大脑。它能够识别用户按特定格式输入的 指令，并按照指令完成预定的控制任务。另外，它还能识别用户所输入的指令序列的格 式和语法错误，还具有系统测试与诊断功能。09届机电一体化毕业设计（论文）第9页 PLC的存储器有两种：系统程序存储器和用户程序存储器。输入输出（I/O）单元是PLC与输入控制信号和被控制设备连接起来的部件，输 入单元接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信 号转换成CPU能接收和处理的数字信号。输出单元接收经过CPU处理过的输出数字 信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，以驱动接触

15、器、电磁阀和指示器件等。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量 I/O单元两大类。电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。PLC还 有各种外设接口电路，用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频 器等并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过 RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。2. I/O扩展机每种PLC都有与主机相配的扩展模块，用来扩展输入、输出点数，以便根据控制要 求灵活组合系统。PLC扩展模块内不设CPU，仅对I/O通道进行扩展，不能脱离主机独 立实现系统的控制要求。3 外部设备外部设备包括编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、图形监控系统等。 其中编程器是PLC必不可少的重要外围设备，由键盘、显示器、工作方式选择开关和外 存储器接插口等部件组成，主要用于对用户程序进行输入、检查、调试和修改，并用来 监视PLC的工作状态。2.2.2PLC的工作原理1. PLC的等效电路PLC的工作酷似一个继电器系统，其等